Question

15．钡盐行业生产中排出大量的钡泥 主要含有【BaCO₃、BaSiO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂】等．某主要生产BaCl₂、BaCO₃、BaSO₄的化工厂利用钡泥制取Ba（NO₃）₂，其部分工艺流程如下
已知部分离子沉淀所需的pH如下表

物质	Cu（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3
开始沉淀pH	4.7	7.5	1.4
沉淀完全pH	6.7	14	3.7

问答下列问题
（1）上述③过滤操作中除要用到玻璃棒，铁架台，烧杯等还缺的玻璃仪器有漏斗，废渣中的主要化学物质是BaSiO₃、H₂SiO₃、Fe（OH）₃、BaSO₄（写化学式）
（2）写出酸溶过程中涉及氧化还原反应的离子方程式3BaSO₃+2H⁺+2NO₃^-=3BaSO₄+2NO↑+H₂O
（3）该厂结合本厂实际，选用的X为BaCO₃（填化学式）；中和Ⅰ使溶液中Fe³⁺、H⁺（填离子符号）的浓度减少（中和Ⅰ引起的溶液体积变化可忽略）
（4）上述④洗涤的目的是减少废渣中可溶性钡盐对环境的污染．
（5）由于废渣给周围环境造成了一定的污染，该工厂想设计一个方案，将工厂废渣进行分离，并制备生产光导纤维的主要原材料，请你按示例简要设计实验分案（示例：取物质A$\stackrel{加热}{→}$$\stackrel{蒸发}{→}$ 得到物质B）
废渣$\stackrel{适量氢氧化钾}{→}$$\stackrel{搅拌过滤}{→}$滤液$\stackrel{加入足量盐酸}{→}$$\stackrel{搅拌过滤}{→}$$\stackrel{加热}{→}$二氧化硅．

Answer 1

分析 钡泥主要含BaCO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂等，加入硝酸，在容器中充分溶解，可生成硫酸钡，过滤后滤液中含有铁离子、钡离子等，且溶液呈酸性，可加入碳酸钡，调节溶液pH=4～5，使铁离子水解生成Fe（OH）₃沉淀，过滤后废渣为Fe（OH）₃，滤液中含有硝酸、硝酸钡等，加入氢氧化钡中和得到硝酸钡溶液，经蒸发、浓缩、过滤可得到硝酸钡晶体，母液中含有硝酸钡，过滤得到的固体洗涤后除去废渣，滤液重新加入酸溶步骤充分利用，
（1）依据过滤操作和装置图分析需要的玻璃仪器，依据上述分析可知，最后的废渣中除含少量的BaSiO₃、H₂SiO₃（H₄SiO₄）及原有的难溶性杂质外，还含有中和Ⅰ使溶液中H⁺浓度减小，Fe³⁺形成Fe（OH）₃沉淀，硝酸具有强氧化性，将亚硫酸钡氧化为硫酸钡，故沉淀中还含有Fe（OH）₃、BaSO₄；
（2）硝酸具有强氧化性，将亚硫酸钡氧化为硫酸钡，同时生成NO与水；
（3）X既要能中和硝酸，又不产生新杂质，结合本厂实际，故可用BaCO₃；中和Ⅰ使溶液中的Fe³⁺形成Fe（OH）₃沉淀、H⁺浓度减小；
（4）洗涤废渣是为了减少废渣中可溶性钡盐对环境的污染；
（5）废渣中含有BaSiO₃、H₂SiO₃、Fe（OH）₃、BaSO₄，加入氢氧化钾溶液充分溶解后过滤得到硅酸钾滤液，在滤液中加入足量盐酸和剩余氢氧化钾溶液和硅酸钾充分反应，生成硅酸沉淀，过滤得到沉淀加热灼烧得到二氧化硅．

解答 解：钡泥主要含BaCO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂等，加入硝酸，在容器中充分溶解，可生成硫酸钡，过滤后滤液中含有铁离子、钡离子等，且溶液呈酸性，可加入碳酸钡，调节溶液pH=4～5，使铁离子水解生成Fe（OH）₃沉淀，过滤后废渣为Fe（OH）₃，滤液中含有硝酸、硝酸钡等，加入氢氧化钡中和得到硝酸钡溶液，经蒸发、浓缩、过滤可得到硝酸钡晶体，母液中含有硝酸钡，过滤得到的固体洗涤后除去废渣，滤液重新加入酸溶步骤充分利用，
（1）上述③过滤操作中除要用到玻璃棒，铁架台，烧杯等还缺的玻璃仪器有漏斗，最后的废渣中除含少量的BaSiO₃、H₂SiO₃（H₄SiO₄）及原有的难溶性杂质外，中和Ⅰ使溶液中H⁺浓度减小，Fe³⁺形成Fe（OH）₃沉淀，硝酸具有强氧化性，将亚硫酸钡氧化为硫酸钡，故沉淀中还含有Fe（OH）₃、BaSO₄，
故答案为：漏斗；BaSiO₃、H₂SiO₃、Fe（OH）₃、BaSO₄；
（2）硝酸具有强氧化性，将亚硫酸钡氧化为硫酸钡，同时生成NO与水，反应离子方程式为：3BaSO₃+2H⁺+2NO₃^-=3BaSO₄+2NO↑+H₂O，
故答案为：3BaSO₃+2H⁺+2NO₃^-=3BaSO₄+2NO↑+H₂O；
（3）加入X调节溶液的pH=4～5，则X应能消耗H⁺，结合工厂主要生产BaCl₂、BaCO₃、BaSO₄的实际情况，可选用BaCO₃；中和后溶液中H⁺浓度减小，pH在4～5时，Fe³⁺也完全沉淀，故Fe³⁺浓度也减小，故答案为：BaCO₃；Fe³⁺、H⁺；
（4）因为钡盐是重金属盐，有毒，故洗涤的目的是减少废渣中可溶性钡盐对环境的污染，故答案为：减少废渣中可溶性钡盐对环境的污染；
（5）废渣中含有BaSiO₃、H₂SiO₃、Fe（OH）₃、BaSO₄，加入氢氧化钾溶液充分溶解后过滤得到硅酸钾滤液，在滤液中加入足量盐酸和剩余氢氧化钾溶液和硅酸钾充分反应，生成硅酸沉淀，过滤得到沉淀加热灼烧得到二氧化硅，设计实验方案为：废渣$\stackrel{适量氢氧化钾}{→}$$\stackrel{搅拌过滤}{→}$ 滤液$\stackrel{加入足量盐酸}{→}$ $\stackrel{搅拌过滤}{→}$ $\stackrel{加热}{→}$二氧化硅，
故答案为：废渣$\stackrel{适量氢氧化钾}{→}$$\stackrel{搅拌过滤}{→}$ 滤液$\stackrel{加入足量盐酸}{→}$ $\stackrel{搅拌过滤}{→}$ $\stackrel{加热}{→}$二氧化硅．

点评 本题考查学生在“工艺流程阅读、相关反应化学方程式书写、化学反应条件控制的原理、生产流程的作用”等方面对元素化合物性质及其转化关系的理解和应用程度，考查学生对新信息的处理能力，题目难度中等．